制造業(yè)從傳統(tǒng)上分為兩大類，一類是以流程制造方式為主的集約型制造業(yè)，另一類則是以零星生產(chǎn)方式為主的離散型制造業(yè)。離散型企業(yè)典型特點是品種多、批量小、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品質(zhì)量要求高。
機械制造企業(yè)作為實現(xiàn)產(chǎn)品集成的前端，在實現(xiàn)產(chǎn)品周期上起著決定作用。機械加工企業(yè)涉及設(shè)備多、人員多、零件加工流程復雜、工時結(jié)算復雜等特點，信息化建設(shè)一直是一個難點，因此信息化水平相對較低。MES作為企業(yè)計劃和車間作業(yè)現(xiàn)場聯(lián)系的紐帶，實現(xiàn)企業(yè)連續(xù)的信息流和提高企業(yè)的敏捷性�，F(xiàn)代制造企業(yè)不僅需要實用的計劃系統(tǒng)，而且更需要使計劃落實到實處的MES。
本文結(jié)合華東電子工程研究所在機械加工車間實施MES的過程，分析MES建設(shè)的難點問題及解決辦法，建設(shè)內(nèi)容及達到的效果，對離散型制造企業(yè)MES的建設(shè)提供有力借鑒，對提高相關(guān)企業(yè)實現(xiàn)信息化管理的信心具有重要意義。
1 MES建設(shè)的系統(tǒng)功能
1.1 離散型企業(yè)MES現(xiàn)狀
MES的開發(fā)與使用是兩個獨立的個體，兩者之間有一定的“代溝”。集約型企業(yè)的MES流程開發(fā)特點相近，在煙草、化工、食品等行業(yè)MES使用相對成熟。離散制造業(yè)企業(yè)經(jīng)營管理模式不盡相同，規(guī)模相對較小，MES軟件開發(fā)要結(jié)合企業(yè)管理。目前離散型企業(yè)使用的MES功能大多功能單一，系統(tǒng)集成性差。離散型企業(yè)的MES一般都是按照企業(yè)自身定制的系統(tǒng)，因此離散型MES的可推廣性比集約型MES要差，特別是在產(chǎn)品的制造環(huán)節(jié)，離散型企業(yè)應用MES在實現(xiàn)任務分解、排產(chǎn)、制品追蹤、檢驗、成本核算、產(chǎn)能統(tǒng)計等方面比集約型制造企業(yè)復雜的多。
1.2 成為信息孤島的紐帶
在研發(fā)MES前，華東電子工程研究所已完成多個信息化系統(tǒng)的建設(shè)，制造信息系統(tǒng)(Manufacturer Information System，MIS)實現(xiàn)產(chǎn)品計劃投產(chǎn)，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Date Management，PDM)系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理，物流系統(tǒng)(Logistics System，LS)實現(xiàn)原材料、半成品及成品物料管理，車間分布式數(shù)字控制(Direct Numerical Control，DNC)系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)控機床程序的遠程控制及管理，工藝數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(Computer Aided Process Planning，CAPP)實現(xiàn)工藝設(shè)計、審批、存貯的網(wǎng)絡(luò)化等信息化系統(tǒng)。但是隨著信息化建設(shè)的深入，部分系統(tǒng)之間存在著信息不能共享的問題，例如制造信息系統(tǒng)的產(chǎn)品計劃不能直接反饋到車間及產(chǎn)品零部件生產(chǎn)過程中，CAPP系統(tǒng)的制造BOM與PDM系統(tǒng)的設(shè)計BOM沒有集成，CAPP系統(tǒng)的設(shè)計原材料沒有與物流系統(tǒng)集成等，信息孤島現(xiàn)象越來越明顯。為實現(xiàn)企業(yè)至上而下的信息暢通，通過MES實現(xiàn)信息化系統(tǒng)上下游的銜接，把企業(yè)計劃與車間作業(yè)現(xiàn)場聯(lián)系起來。MES是頂層計劃的延伸及紐帶，為了達到信息共享，MES與多個系統(tǒng)的集成內(nèi)容見表1。
表1 MES集成信息表
1.3 解決加工現(xiàn)場的“黑箱”
目前車間生產(chǎn)管理人員無法通過信息化平臺及時掌握生產(chǎn)過程的情況，對車間生產(chǎn)進度無法了解，缺乏有效的數(shù)據(jù)支撐統(tǒng)計和考核手段；生產(chǎn)管理人員很難準確根據(jù)自身的產(chǎn)能對某一個產(chǎn)品的生產(chǎn)周期給出合理的預測，并且不能提前核算目前的投產(chǎn)任務是否超出了自身產(chǎn)能及超出多少需要外協(xié)；制造設(shè)備缺乏信息化管理，加工設(shè)備的有效利用率無法統(tǒng)計；生產(chǎn)實時狀況是一個“黑箱”，人工管理的有效程度基本飽和，遺漏生產(chǎn)任務的情況時有發(fā)生，部件往往因缺少裝配元素而耽誤整個生產(chǎn)計劃。因此，如何優(yōu)化生產(chǎn)現(xiàn)場的管理、提高生產(chǎn)的效率、并達到生產(chǎn)現(xiàn)場的有效控制成為制造車間日益需要解決的問題。
為解決生產(chǎn)現(xiàn)場的“黑箱”，系統(tǒng)進行以下幾個方面的建設(shè)：零部件計劃排產(chǎn)、生產(chǎn)現(xiàn)場管理、零部件質(zhì)量檢驗、刀量具管理、機床狀態(tài)監(jiān)控、零部件外協(xié)管理。系統(tǒng)建成后解決生產(chǎn)計劃不科學、產(chǎn)品壽命無追蹤、工量具使用無記錄、機床狀態(tài)不明了的“黑箱”狀態(tài)。
2 MES系統(tǒng)部署及主要建設(shè)內(nèi)容
2.1 MES的系統(tǒng)部署
MES系統(tǒng)服務器的數(shù)據(jù)服務器是為實現(xiàn)整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的；而應用服務器是為實現(xiàn)外部系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)同步、機床狀態(tài)監(jiān)控的數(shù)據(jù)管理、支撐系統(tǒng)中B/S構(gòu)架的模塊功能構(gòu)建的。系統(tǒng)部署如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)部署
2.2 系統(tǒng)建設(shè)的主要內(nèi)容
計劃排產(chǎn)，以制造信息系統(tǒng)的產(chǎn)品計劃節(jié)點為依據(jù)，參照定額工時及各個工種的產(chǎn)能，實現(xiàn)生產(chǎn)零件的自動排產(chǎn)；對于批次較多的零部件可以分批次排產(chǎn)，并支持緊急插單功能；通過圖形化排產(chǎn)圖表隨時查看任務的完成情況。
計劃調(diào)度，對投產(chǎn)計劃進行分解生成作業(yè)計劃明細，同時生成作業(yè)計劃及投產(chǎn)前的準備計劃，包括材料需求清單、工裝及刀具準備清單等。計劃根據(jù)當前車間資源情況進行計劃下達或外協(xié)分派。
機床數(shù)據(jù)采集，通過提取每臺機床的運行狀態(tài)，可以準確測出每臺設(shè)備的開機時間、有效加工時間、空載時間、停機時間、故障時間和維修時間等；建立設(shè)備檔案，可建立設(shè)備開動率和設(shè)備完好率、設(shè)備使用效率等信息檔案。
質(zhì)量檢驗，記錄零部件的質(zhì)量信息以及質(zhì)量問題解決流程，以及質(zhì)量結(jié)果分類統(tǒng)計。
刀量具管理，實現(xiàn)提前根據(jù)DNC程序刀具清單配備刀具及夾具，以及刀量具的追逐、預警等功能。決策分析功能，通過系統(tǒng)建立零部整件完整的質(zhì)量信息、產(chǎn)品計劃完成信息、生產(chǎn)車間生產(chǎn)任務信息，為管理者決策提供有力的根據(jù)。
3 MES關(guān)鍵問題解決
系統(tǒng)的部署及建設(shè)內(nèi)容從總體上解決了需求問題，但能否解決系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵問題是關(guān)系系統(tǒng)建設(shè)成敗的關(guān)鍵。經(jīng)過分析國內(nèi)外MES系統(tǒng)的使用情況，并結(jié)合使用對象特點，總結(jié)出系統(tǒng)建設(shè)中需解決的關(guān)鍵問題有3個方面。
3.1 MES建設(shè)的選型
目前國內(nèi)MES系統(tǒng)很多，成熟度良莠不齊，MES包含的建設(shè)內(nèi)容各不相同。解決車間問題的側(cè)重點也不相同，因此如何研發(fā)適合本單位的MES成為解決問題的關(guān)鍵所在。
對于離散型企業(yè)大多處在應用MES的部分單一功能，多功能的MES使用成功率很低，并且與其他系統(tǒng)的集成也相對較差。華東電子工程研究所屬典型的多品種、小批量的離散型企業(yè)。目前市場上沒有一款滿足需求的MES系統(tǒng)。因為獨自開發(fā)MES的周期太長，最終采用聯(lián)合開發(fā)的建設(shè)方式，系統(tǒng)構(gòu)架雙方共同完成，系統(tǒng)功能闡述由被實施方完成，系統(tǒng)功能的實現(xiàn)由實施方負責，為便于系統(tǒng)以后接口的變更及擴展，系統(tǒng)集成由雙方共同完成。通過采用聯(lián)合開發(fā)的方式，解決了MES“水土不服”問題。
3.2 現(xiàn)場信息的采集
生產(chǎn)現(xiàn)場信息采集方式是車問信息化建設(shè)的“瓶頸”，目前解決生產(chǎn)現(xiàn)場信息采集的方式主要有條碼掃描和射頻識別(Radio Frequency Identification，RFID)。由于機械加工生產(chǎn)車間現(xiàn)場的環(huán)境所限，導致生產(chǎn)現(xiàn)場的實物(零件、圖紙及工藝等)很難保證潔凈，在采用接觸式讀取技術(shù)時就會導致信息讀取不出，因此要使用的技術(shù)必須防止讀取污染。
如使用條碼掃描讀取技術(shù)，必須解決現(xiàn)場條碼污染問題。在實際使用時，如果單獨打印防污染條碼，然后粘貼在圖紙或生產(chǎn)工藝上，由于每天投產(chǎn)圖紙較多，工作量大增，不符合信息化發(fā)展的初衷；如果直接打印在圖紙或工藝上，然后對圖紙或工藝進行過塑防污，同樣帶來工作量大增并造成“白色污染”問題。
如使用RFID技術(shù)，雖然可以解決條碼污染問題，但硬件投入及信息的對應也造成投入大增，每次生產(chǎn)任務的唯一性導致射頻編碼不能重復使用也造成成本增加。
為解決以上問題，并能發(fā)揮條碼掃描的優(yōu)勢，采用在零部件經(jīng)過計劃排產(chǎn)后，根據(jù)CAPP設(shè)計的工藝流程自動流轉(zhuǎn)到下道工序，然后由班組長登陸系統(tǒng)后對任務進行分配(分配到具體設(shè)備及人員)。員工采用條碼掃描本人工作證方式實現(xiàn)系統(tǒng)登陸，通過在系統(tǒng)中點擊任務開始、任務結(jié)束的方式來實現(xiàn)制造過程信息的獲取，避免紙質(zhì)條形碼受污染后信息獲取困難問題。
3.3 生產(chǎn)排產(chǎn)實現(xiàn)方法
生產(chǎn)MES的計劃排產(chǎn)，從ERP(EntERPrise Resources Planning，企業(yè)資源管理)或其他計劃系統(tǒng)讀取產(chǎn)品計劃，多數(shù)企業(yè)面臨由于長期的計劃積累，計劃系統(tǒng)內(nèi)存在海量產(chǎn)品數(shù)據(jù)，系統(tǒng)集成后需開發(fā)實用的篩選方法，數(shù)據(jù)可根據(jù)時間、產(chǎn)品型號、制造方式等對系統(tǒng)信息進行篩選；通過與物流系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成，在排產(chǎn)前對庫房是否有原材料進行判斷；滿足條件后運用排產(chǎn)規(guī)則對符合要求的零部件進行排產(chǎn)。計劃排產(chǎn)實現(xiàn)的詳細流程見圖2。
圖2 計劃排產(chǎn)實現(xiàn)流程圖
4 建設(shè)MES的成效
經(jīng)過MES系統(tǒng)的實施，實現(xiàn)了產(chǎn)品零部件的計劃排產(chǎn)、全流程追逐；產(chǎn)品質(zhì)量、機床狀態(tài)、刀量具管理實現(xiàn)了信息化管理。零部件的全流程追溯的實現(xiàn)，提高了產(chǎn)品零部件按計劃完成的比率；機床狀態(tài)監(jiān)控及質(zhì)量信息化管理，增加了員工工作的責任心，產(chǎn)品合格率得到了提升。決策支持功能，提高了車間管理者對車間資源使用情況、任務飽和度、項目計劃的掌控，為決策的科學性和可行性提供了堅實的基礎(chǔ)。
但系統(tǒng)在使用過程中也暴露了很多問題。由于系統(tǒng)功能的實現(xiàn)內(nèi)容較多，建設(shè)主次層次不清晰，導致MES系統(tǒng)在實際使用時出現(xiàn)了不少問題。如：在零部件較多時計劃排產(chǎn)速度跟不上車間工作節(jié)奏，目前只能做到重點產(chǎn)品的計劃排產(chǎn)；由于車間加急任務多，插單后對原有計劃排產(chǎn)造成的沖擊很難評估；由于系統(tǒng)覆蓋面廣，使用該系統(tǒng)的人員信息化水平參差不齊，因此在系統(tǒng)的方案階段就盡量簡化人員對系統(tǒng)的操作，開發(fā)的系統(tǒng)流程應簡單易用。這些問題為后續(xù)系統(tǒng)的優(yōu)化指明了方向。
5 總結(jié)
通過調(diào)研當前MES實際使用情況，立足機械加工車間的實際需要，通過提出建設(shè)目標、建設(shè)內(nèi)容，最后對建設(shè)過程中的關(guān)鍵問題進行分析解決。建設(shè)了一套可行的MES系統(tǒng)，平問基本實現(xiàn)信息化。通過MES排產(chǎn)重點產(chǎn)品計劃得到保障，零部件加工狀態(tài)、完成時間、操作者及設(shè)備信息、質(zhì)量狀況信息可隨時查看，外協(xié)任務審批網(wǎng)絡(luò)化，車間實現(xiàn)任意時間內(nèi)產(chǎn)能統(tǒng)計、人員工時結(jié)算等信息化管理。
經(jīng)過系統(tǒng)實施，設(shè)備利用率、車間的生產(chǎn)能力、產(chǎn)品的質(zhì)量得到提高，并為提高后續(xù)產(chǎn)品計劃安排的科學性和可行性及后續(xù)車間建立無圖化打下堅實的基礎(chǔ)。
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